Fotoluminescensförbättring demonstreras vid singelmolekylnivån för tvåpartikelsystem som består av en kvantpunkt (Qdot) och guldnanopartikel (AuNP) kopplad med dubbelsträngat DNA (dsDNA) när de är optiskt exciterade med våglängder inom guldplasmonresonansområdet för guldet nanopartikel.
(PhysOrg.com)-Demonstration av precisions-DNA-baserad nano-monteringsmetod för att göra ljusemitterande partikelkluster kan leda till framsteg i solceller, optoelektronik, och biosensorer
Genom att länka enskilda halvledarkvantumspunkter med guldnanopartiklar, forskare vid US Department of Energy (DOE) Brookhaven National Laboratory har visat förmågan att öka ljusintensiteten från enskilda kvantpunkter med upp till 20 gånger. Precisionsmetoden för att göra de ljusemitterande partiklarna-publicerad online 26 juli, 2010 i tidningen ChemComm - kommer att öka forskarnas förmåga att studera och modifiera de optiska egenskaperna hos kvantpunkter, och så småningom kan leda till förbättrade enheter för omvandling av solenergi, ljusstyrd elektronik, och biosensorer.
“Quantum dots - små kristaller av halvledarmaterial som fluorescerar, eller avge ljus, som svar på fotoexcitation - har en enorm potential för användning inom ett brett spektrum av områden från solenergiomvandling till dator och medicin, ”Sa Mircea Cotlet, en fysikalisk kemist vid Brookhaven's Center for Functional Nanomaterials (CFN) och huvudförfattare till den aktuella studien. "Men många faktorer kan påverka ljuset de avger, och det är svårt att reda ut bidrag från dessa faktorer i stora prover på grund av den inneboende ensemblen i genomsnitt. Att bygga enmolekylära strukturer vid CFN verkade vara det perfekta sättet att reta bort dessa effekter. ”
Brookhaven-teamet utvecklade nyligen en precisionsteknik för att bygga sådana nanostorlekar med hjälp av korta DNA-strängar som ett mycket specifikt "lim" för att länka partiklar samman.
"DNA består av två trådar med komplementära parning av baser som håller ihop på bara ett sätt, ”Förklarade Oleg Gang, ledare för teamet som utvecklade tekniken. ”Genom att variera längden på de enskilda trådarna och fästa komplementära bitar till de partiklar vi vill förena, och förankra hela processen på en monteringsyta, vi kan exakt styra konstruktionen av enskilda nanokluster. ”
I den aktuella studien, laget använde denna flerstegsprocess för att fästa halvledande kvantprickar till guldnanopartiklar. Metalliska material är kända för att påverka de optiska egenskaperna hos kvantprickar, antingen genom att förstärka eller hämma fotoluminescens, beroende på en rad faktorer, inklusive materialens storlek och form, avståndet mellan dem, och ljusets våglängd som används för att framkalla fotoexcitation.
Precisionsmonteringstekniken gjorde det möjligt för forskarna att kontrollera storleken, form, och avståndsfaktorer till en hög grad av precision och testa effekten av våglängd isolerat. De valde specifikt två våglängder att testa:en nära guldplasmornas så kallade "plasmonresonans"-det vill säga en våglängd som inducerar en kollektiv svängning av materialets ledande elektroner, vilket leder till stark absorption av ljus vid den våglängden - och en utanför detta område.
Våglängden inom plasmonresonansområdet förbättrade fotoluminescensen ungefär fyra gånger jämfört med luminescensen som uppnås av våglängden utanför plasmonresonansområdet. Jämfört med fotoluminescensen för enskilda kvantprickar som inte är kopplade till guldnanopartiklar, den resonanta våglängden förbättrade fotoluminescensen hos de guldlänkade kvantprickarna med en storleksordning.
”Denna förmåga att kontrollera de excitoniska egenskaperna i plasmoniska fluorescerande kvantpunkter är avgörande för utvecklingen av enheter som solceller, ljusdioder, eller optiska kretsar och kan förbättra känsligheten hos kvantpunktbaserade biosensinganalyser, ”Sa Cotlet.
